Введение. 
Системный анализ процессов химической технологии: метод нечетких множеств

Отличительными особенностями процессов химической технологии являются: большое число и сложность связей между параметрами состояния объектов; трудоемкость процедур построения математического описания и использования его для получения практических результатов с разумными экономическими затратами; высокий уровень погрешностей измерений технологических параметров, а иногда невозможность проведения измерений; необходимость принимать решения для управления технологическими агрегатами и производствами в условиях неполной информации о состоянии объектов и другие факторы. Наряду с этим практика внедрения систем автоматического управления показывает, что оператор-технолог зачастую решает задачи управления более успешно, чем автоматические регуляторы.

Одно из направлений преодоления указанных трудностей в проблеме повышения эффективности процессов химической технологии состоит в использовании качественной информации для целей моделирования, оптимизации и синтеза систем управления процессами.

Обычно при проведении исследований учитывается качественная информация, однако этот предварительный этап работы до сих пор не выделялся в отдельную самостоятельную стадию. При построении математических моделей и систем управления главным образом использовались физико-химические закономерности и количественные данные, получаемые с объекта исследования, а качественная информация не расценивалась как равноправное средство. Проблема математической обработки качественной информации включает сбор, оценку достоверности, систематизацию, формализацию, переработку информации качественного характера с применением вычислительной техники.

Введение

Л. Заде понятия нечеткого множества как математического объекта, позволяющего формализовать термины словесного описания особенностей ФХС, стимулировало развитие качественного этапа системного анализа и позволило подойти к решению указанной проблемы. При этом стали очевидны следующие достоинства нового подхода: а) «сжатие» качественной информации, причем степень сжатия зависит от требуемой детализации, которая определяется целью исследования; б) наглядность и простота агрегирования и классификации сведений об исследуемой ФХС, получаемых из различных источников; в) возможность использования качественной информации при переходе от смысловой к математической постановке задач; г) формирование стратегий управления технологическими процессами формализацией действий оператора-технолога; д) синтез формальных вычислительных процедур для решения задач оптимизации и управления сложными химико-технологическими системами при нечеткой исходной информации и в нечетко определенных ситуациях.

В зависимости от требуемой детализации формализация качественной информации может выполняться на основе либо двузначной, либо нечеткой логики. В данной книге основное внимание уделено применению последнего подхода.

Ставя цель ознакомить читателя с современными методами и приемами качественного этапа системного анализа и на примерах решения ряда практических задач показать основные направления его использования, авторы приняли следующую последовательность изложения материала, состоящего из трех частей.

Первая часть (гл. 1 и 2) посвящена описанию места и роли качественного этапа системного анализа и основ математического аппарата нечетких множеств. Приводятся сведения о возможностях человека воспринимать информацию от объекта с оценкой достоверности получаемой информации. Даны лингвистические предпосылки качественного этапа системного анализа, обосновывающие соиоставление нечетких терминов числовым системам. Анализируется связь технологических параметров нечетко определенных характеристик и словесного описания сложных ФХС. Развивается диаграммный метод представления качественной информации, используемый при анализе ФХС и рассматриваемый в последующих главах.

Во второй части (гл. 3—5) показано применение методологии нечетких множеств для построения моделей и алгоритмов управления сложными технологическими процессами, примерами которых являются производство листового стекла, получение полиэтилена высокого давления, процессы ректификации. С целью иллюстрации приемов агрегирования информации, получаемой из различных источников, и ее использования при синтезе законов управления рассмотрены задачи оценки запасов газа в месторождении и управления техническими агрегатами. Раздел 5.2 написан совместно с В. И. Сенчуком.

Третья часть (гл. 6 и 7), написанная совместно с Нгуен Суан Нгуеном, посвящена исследованию и оптимизации функционирования гибких автоматизированных производственных систем. Сформулированы основы общей стратегии и показаны методы принятия решений для оптимального функционирования химико-технологических производственных комплексов в нечетко определенных ситуациях.

Заметим, что для хорошо изученных систем обычно не выделяют качественный этап системного анализа и непосредственно переходят к построению моделей в точной формулировке. При анализе сложных и недостаточно изученных систем существенным является качественный этап и последующий переход к построению моделей.